Santuario mariano fatto costruire dal vescovo di Todi Angelo Cesi nel 1604 su disegno dell'architetto perugino Valentino Martelli.
La chiesa fu edificata a ricordo di un fatto miracoloso avvenuto l'11 maggio 1602. Quel giorno un certo Simone Graziani di Sgurgola, insieme al figlio Giacomo posseduto da spiriti maligni, passando per Castelvecchio mentre si recava a Loreto per impetrare al santuario della Madonna la guarigione del figlio, fu costretto a rifugiarsi, per un improvviso temporale, in una piccola cappella posta lungo la strada. Alla vista dell'immagine della Madonna dipinta sul muro, il Graziani rivolse a Lei le sue preghiere ed il giorno dopo trovò il figlio completamente guarito. La notizia si diffuse immediatamente nelle zone circostanti ed una gran folla di fedeli accorse per rendere omaggio all'immagine miracolosa intorno alla quale fu poi costruita la chiesa.
Nell'altare maggiore è conservato l'affresco con l'immagine miracolosa della Madonna con il Bambino dipinto nel 1581 dal pittore tuderte Pietro Paolo Sensini.
Nei quattro altari laterali sono conservate pregevoli tele seicentesche dei pittori: Ascensidonio Spacca detto il Fantino (Cristo crocifisso tra San Francesco e Santa Maria Maddalena), Pietro Paolo Sensini (San Carlo Borromeo) e Pietro Salvi da Bevagna (Madonna di Costantinopoli tra Santi e la Santissima Concezione tra i Santi Francesco, Domenico e Antonio da Padova).